一种减小剩余汽流力的喷嘴可调式调节级及其调节方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种汽轮机喷嘴调节级的设计，具体涉及一种减小剩余汽流力的喷嘴 可调式调节级及其调节方法，属于汽轮机技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着我国电力工业结构调整的进一步加剧，电力行业对节约能源，保护环境的要 求也进一步加强，提高发电效率、降低发电成本成为必然趋势。符合这一趋势的大容量，高 参数的超临界机组便被广泛投产。
[0003] 超临界机组大都采用喷嘴配汽的进汽方式，目前的超临界机组普遍为四个调门对 应四个喷嘴组。喷嘴配汽是通过改变调节汽门的开度和开启数目来调节主蒸汽流量。四个 调节汽门后对应四个喷嘴组，在部分负荷下，只有两个或三个调节汽门完全开启，剩下的调 门部分开启，这样只有在部分开启的阀门中会产生较大的节流损失，而完全开启的阀门中， 节流损失大大减小。因此在定压运行时，与另外一种配汽方式节流配汽相比，喷嘴配汽节流 损失较小，效率较高，在超临界汽轮机中广泛采用。然而，在部分负荷下，喷嘴配汽时的四个 喷嘴并不都是完全开启，而是使上半部或下半部两个调门联动，随负荷增加，再继续开启第 三个调门，因此合成之后作用于轴系的力除了产生一个使轴旋转的力矩，还产生了一个作 用于轴的径向力，这个力被称作剩余汽流力。
[0004] 超临界汽轮机组由于其高参数，大流量，产生的剩余汽流力较以往亚临界成倍增 加，最大值甚至可以和转子重力相当，因此会对轴系稳定性带来很大影响。另外，在不同工 况下，剩余汽流力的起伏相当剧烈，这也给机组的稳定运行带来了恶劣影响。剩余汽流力是 汽流激振力的重要组成部分，从电厂现场运行情况来看，汽流力可引起机组的振动增大，甚 至引发汽流激振使轴系失稳，对机组稳定运行危害巨大。目前，汽流激振力已经成为影响大 型机组稳定运行的主要问题之一。因此，如何减小个别工况下剩余汽流力，以及如何在工况 变化下减缓剩余汽流力的波动幅度，对发电行业具有重要意义。
【发明内容】
[0005] 发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明通过控制汽轮机调节级喷嘴 中影响剩余汽流力的"关键叶片"前喷嘴的开合，从而减小剩余汽流力峰值，减缓剩余汽流 力波动幅度。
[0006] 技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的一种减小剩余汽流力的喷嘴可调 式调节级，包括与超临界机组动叶叶片一一对应的喷嘴，所述喷嘴均分为四个喷嘴组，每个 喷嘴组对应n个叶片，取每组的前30%数量的叶片作为关键叶片，每个关键叶片所对应的 喷嘴上设有用于开闭关键喷嘴的挡板。
[0007] 作为优选，所述挡板由气压传动系统驱动。
[0008] 作为优选，所述气压传动系统将喷嘴中的蒸汽作为气源。
[0009] 作为优选，每片挡板均由独立的传动系统驱动。
[0010] 作为优选，所选超临界机组具有80片动叶片，每组选6片作为关键叶片。
[0011] 本发明同时提出上述减小剩余汽流力的喷嘴可调式调节级的调节方法，包括以下 步骤：
[0012] 步骤1，将超临界机组动叶叶片均分为四组，选择取每组的一定数量的叶片作为关 键叶片；
[0013] 步骤2,通过在关键叶片所对应的喷嘴上设置挡板，在危险工况下利用挡板关闭喷 嘴，使关键叶片不再受汽流力作用，使轴系的剩余汽流力减小。
[0014] 作为优选，所述关键叶片的数量是每组叶片数量的前30%。
[0015] 作为优选，在不同工况下，自由选择关键叶片的数目
[0016] 使用时，在某些工况下，调节级四个喷嘴组只开启两个或三个，处在开启的喷嘴组 后的动叶将始终受到蒸汽力的作用。考虑动叶的旋转对称特性，整个轴系看做一个整体，那 么轴系所受的力将是由喷嘴后动叶所受力的矢量之和，而且这个力是相对喷嘴是静止的， 这使得利用单流道计算轴系剩余汽流力成为可能。
[0017] 在不同工况下，分别对单个流道进行CFD分析，得到压力场后可由积分求出单个 叶片所受汽流力：
[0018]
(1)
[0019] 通过力的平移，将此力&由叶片处平移至轴心，不考虑平移产生的力矩，只考虑作 用于轴心的力f/。
[0020] fj=f/ (2)
[0021] 利用矢量合成，对各个叶片平移至轴心的力叠加，可计算出每组喷嘴后汽流作用 于轴心的水平X和竖直方向Y的合力：
[0022]
(3)
[0023] 其中，f, '，F]NX，F胃分别为工况j下，单个动叶汽流力，轴系水平汽流力和垂直汽流 力；l(j，h，;r分别为动叶弦长，叶高，和叶轮半径；p.j(r，z)为工况j下，单个叶片的压力分布； n，m分别为动叶总数和喷嘴后动叶数。喷嘴分为四组，每组20个叶片。第一片叶片从喷嘴 顶端算起。
[0024] 将⑶展开得：
[0025]
[0026] 由（4)可以看出，FNX是由喷嘴后动叶受力的水平分量之和组成，FNY是由喷嘴后动 叶受力的垂直分量之和组成，从第一片叶片起，水平分力达最大为f/，垂直分力为〇,直至 到水平的叶片，水平力达到最大f/，而垂直分力为〇。影响水平分力大小的主要在前几片 叶片，影响垂直分力的叶片主要在后几片叶片，这些便是影响水平分力和垂直分力的"关键 叶片"。因此，若想减小轴系所受的水平分力与垂直分力，可以从影响水平和垂直力的"关键 叶片"入手，从喷嘴处采集高压气体利用气压传动系统，利用气动活塞，使"关键叶片"前的 喷嘴可以在危险工况下关闭，使得几乎不改变效率的同时使剩余汽流力大大减小。目前，进 汽方式通常为上半部或下半部联动，因此产生的水平汽流力远大于垂直汽流力，因此，只考 虑水平汽流力的关键叶片，并综合虑对效率影响和对关闭之后里的影响，太大的话对流量 影响太大